Relatório 07 DIODO SEMICONDUTOR

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DIODO SEMICONDUTOR
Eletricidade Aplicada (CCE-1028)
Autores: Lívio Oliva Oliveira
Thayrla Katrine Andrade Azevedo
Turma: 3003
Prof. Dr. Cochiran Pereira dos Santos
Data: 10 de abril de 2018
Aracaju, Sergipe
INTRODUÇÃO
O diodo semicondutor é um dispositivo eletrônico feito de silício ou germânio que tem como função retificar a corrente elétrica ou chavear um circuito. Ele é utilizado em aparelhos eletrônicos, como televisão, computador, aparelhos de som, entre outros. O símbolo utilizado para diodos em diagramas é o seguinte:
O diodo é simbolizado por uma flecha que indica o sentido da corrente elétrica
A corrente fornecida pelas empresas energéticas são alternadas, ou seja, mudam sua polaridade entre positivo e negativo com uma frequência de 60 Hz. Porém, a maioria dos aparelhos eletrônicos que utilizamos funciona somente com corrente contínua, ou seja, uma só polaridade. Dizemos que o diodo funciona como uma chave fechada (resistência zero) para uma polaridade da tensão de entrada e como uma chave aberta (resistência infinita) para a polaridade oposta.
Sendo assim, a função do diodo em um circuito é deixar passar a corrente elétrica em apenas uma polaridade. Observe a figura:
O gráfico mostra a tensão de entrada do diodo oscilando entre o positivo e o negativo
Após passar pelo diodo, a tensão passa a ter apenas uma polaridade:
O gráfico mostra a tensão de saída do diodo. Agora ela tem apenas polaridade positiva
O diodo é construído a partir de materiais semicondutores, como o silício ou o germânio, que são fundidos para criar uma junção PN, sendo que P representa a polaridade positiva e N, a negativa. A polaridade positiva P de um diodo é onde há falta de elétrons, sendo essa região também chamada de lacuna ou buraco. A parte negativa N possui excesso de elétrons.
A condução de corrente elétrica dependerá da forma como o diodo está polarizado, podendo ser de duas formas:
Polarização direta: Nesse tipo de polarização o polo positivo da fonte de tensão está conectado ao lado P do diodo. Isso faz com que o lado positivo se torne ainda mais positivo, e o lado N, ainda mais negativo. As cargas elétricas conseguem atravessar a barreira de potencial existente entre o lado P e o lado N do diodo, portanto, há condução de corrente;
Polarização inversa: O terminal positivo da fonte de tensão é conectado ao lado N da junção PN do diodo. Isso faz com que a barreira de potencial aumente. Nesse caso, a resistência do circuito é muito alta, e a corrente elétrica não consegue atravessá-la.
Figura 1: (a) curva característica de um diodo semicondutor polarizado diretamente e
(b) curvas características de um diodo de silício e um de germânio polarizados diretamente
Diodos semicondutores têm a função de transformar corrente alternada em corrente contínua
OBJETIVOS
Determinar a curva característica de um diodo de silício e um de germânio.
MATERIAIS UTILIZADOS
Fonte de tensão ajustável, diodos de silício e germânio, resistor de 100 Ω, multímetro digital, lâmpada e cabos.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1ª Parte: Para demonstrar que um diodo só conduz em um único sentido, monte com atenção os circuitos mostrados nas Figuras 2 e 3. Utilize o diodo de silício (preto), mas saiba que o comportamento é o mesmo nos dois casos.
Ligue a fonte de tensão em 12,0 V e polarize diretamente o diodo (Figura 2). Observe se a lâmpada acende ou não. Em seguida, inverta o diodo no circuito, ou seja, polarize o diodo reversamente (Figura 3). Observe o comportamento da lâmpada.
	Figura 2 (esquerda): diodo em polarização direta e
	uma lâmpada de teste.
	Figura 3 (direita): diodo em polarização reversa e
	uma lâmpada de teste.
- Discuta o motivo pelo qual a lâmpada acende ou não nos casos acima.
Resposta: Quando o circuito montado faz a lâmpada acender, isso significa que ele está diretamente polarizado, ou seja, tem corrente circulando.
Quando o circuito montado não permite que a lâmpada acenda, isso significa que ele está inversamente polarizado, ou seja, não tem corrente circulando.
2ª Parte: Com o circuito da Figura 4 (diodo de silício), ligue a fonte de tensão (inicialmente em 0,0 V) e o amperímetro, mas antes se certifique de que todos estejam ligados em série.
Varie a tensão da fonte em passos de 0,1 V observando atentamente o valor da corrente no amperímetro. Anote esses dados na Tabela 1.
 
Figura 4: diodo em polarização direta, resistor de 100 Ω e amperímetro
Tabela 1: valores de tensão e corrente medidos com o diodo de silício.
	Tensão (V)
	0,0
	0,1
	0,2
	0,3
	0,4
	0,5
	0,6
	0,7
	0,8
	0,9
	1,0
	1,1
	1,2
	1,3
	1,4
	1,5
	Corrente (mA)
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,00
	0,29
	0,80
	1,88
	2,47
	4,01
	4,16
	5,10
	5,48
	7,03
	7,53
Agora substitua o diodo de silício pelo de germânio no circuito da Figura 4 e repita o procedimento anterior. Anote os valores medidos na Tabela 2.
Tabela 2: valores de tensão e corrente medidos com o diodo de germânio.
	Tensão (V)
	0,0
	0,1
	0,2
	0,3
	0,4
	0,5
	0,6
	0,7
	0,8
	0,9
	1,0
	1,1
	1,2
	1,3
	1,4
	1,5
	Corrente (mA)
	0,00
	0,02
	0,14
	0,68
	1,05
	1,50
	1,95
	2,70
	3,14
	5,51
	4,01
	4,96
	5,68
	6,34
	6,60
	7,15
- Com base nos valores obtidos nas Tabelas 1 e 2, plote um gráfico da Corrente (mA) x Tensão (V) para o diodo de silício e um para o diodo de germânio. O comportamento segue o previsto nas Figuras 1a e 1b?
Germânio
Silício
Resposta: O diodo de germânio teve um comportamento mais semelhante ao da figura b levando em consideração a tensão inicial em 0,2 V, porém o diodo de silício tem comportamento divergente ao que foi abordado na figura b (introdução), pois a mesma figura mostra sua tensão inicial em 0,6 V e experimentalmente alcançamos a tensão inicial em 0,4 V.
- Em qual caso (diodo de silício ou germânio) houve uma condução com uma tensão mais baixa?
Resposta: O germânio iniciou condução com tensão em 0,3 V, enquanto o silício iniciou em 0,4 V, logo o germânio obteve condução com uma tensão mais baixa.
- Pesquise sobre os materiais de que são constituídos os diodos (silício e germânio).
Resposta: Os diodos de silício iniciam a fabricação totalmente puros, com isso o primeiro passo na fabricação desses componentes é injetar impurezas nas suas faces, dessa forma é inserido boro no ânodo e fósforo ou arsênico no cátodo.
Os diodos de germânio são componentes fabricados com métodos parecidos com a fabricação dos diodos de silício, e as impurezas aplicadas no ânodo e cátodo também são as mesmas. No entanto o germânio é muito raro somente encontrado em depósitos de cobre, chumbo ou prata.
CONCLUSÃO
A partir da teoria e do experimento foi possível chegar à conclusão de que os diodos de Silício possuem uma diferença de potencial na polarização de 0,6 volts, com isso o diodo somente vai conduzir corrente elétrica através da junção P-N se for aplicado uma tensão superior a 0,6 volts entre o ânodo e o cátodo, caso não seja aplicado ou após alguns instantes esse valor de tensão diminua a junção desse diodo de silício para de conduzir e o diodo começa a funcionar como bloqueador da corrente elétrica. Além disso esses diodos são os mais comuns nas lojas e circuitos, pois por terem uma facilidade maior de encontrar matéria prima e a fabricação é mais simples o seu custo é bem mais em conta, com isso os projetos são mais baratos.
Já os diodos de germânio possuem uma tensão na polarização de apenas 0,2 volts, sendo 0,4 volt mais sensível que os de silício. A matéria prima base da fabricação desses diodos, o germânio é algo muito raro, somente encontrado em depósitos de cobre, chumbo ou prata. Sendo assim, esse diodo possui uma precisão muito maior, sua matéria prima é difícil de obter dificultando assim a fabricação deles, logo por consequência são bem mais caros que os diodos de silício.
Por fim, se o seu circuitotiver a necessidade de uma alta precisão e atuar em baixas tensões o mais aconselhável nessa ocasião é utilizar os diodos de germânio. 
AVALIAÇÃO
Através deste relatório de experiência, em que a nota atribuída será de 0 (zero) a 10 (dez).
BIBLIOGRAFIA
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física III, Eletromagnetismo. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 2012.
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/diodo-semicondutor.htm. Acessado em 01 de
https://www.sabereletrica.com.br/diodo-de-silicio-ou-germanio/. Acessado em 01 de abril de 2017.
SANTOS, A. F. dos. Eletricidade aplicada. Rio de Janeiro: SESES/Estácio, 2018.